JP3230463B2 - 発光半導体素子用透光性電極の作製方法 - Google Patents
発光半導体素子用透光性電極の作製方法Info
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Description
用いられる電極に係わり、特に発光半導体素子用の透光
性電極の作製方法に関する。
としてGaN系化合物半導体材料が注目を集めている。
GaN系化合物半導体は、サファイア単結晶を始めとし
て種々の酸化物基板やIII −V族化合物を基板として、
その上に有機金属気相化学反応法(MOCVD法)や分
子線エピタキシー法(MBE法)等によって形成され
る。サファイア基板等の電気的に絶縁体である基板を用
いた発光素子では、GaAs、GaP等の半導体基板を
使用した発光素子とは異なり、基板裏面に電極を設ける
ことができない。よって、正、負一対の電極を発光素子
の同じ面に形成する構造となっている。
発光素子は、その特性として横方向への電流拡散が小さ
い。これは、エピタキシャル結晶中に基板から表面へ貫
通する転位が多く存在することが原因であると考えられ
るが、詳しいことは判っていない。この特性のため、発
光素子に電極を形成して通電発光させた場合でも、発光
領域は電極直下に限定され電極の周囲には広がりにく
い。したがって、発光領域は電極直下に限られ、発光素
子の光の取り出し面を電極形成面側とした場合、従来の
不透明な電極では発光は電極そのものに遮られて上方に
は取り出されず、発光強度が思うように向上しなかっ
た。
し面に形成された電極を素子の表面のほぼ全面に形成さ
れた非常に薄い金属よりなる透光性の電極とし、電極を
通して上面から発光を取り出すという素子構造に関する
技術が開示されている(特開平6−314822)。こ
の特許公開公報には、電極材料として例えばAu、N
i、Pt、In、Cr、Ti等を使用し、蒸着した金属
膜を500℃以上の温度で熱処理することにより金属の
昇華を引き起こし、膜厚を0.001μm〜1μmと薄
くすることにより透光性を持たせることができることが
記載されている。
ることを目的として、金属薄膜よりなる層と酸化物を含
む透明導電膜よりなる層とからなる電極を用いる技術も
公開されている(特開平9−129919)。この公開
特許には、酸化物を含む透明導電膜よりなる層の形成方
法は規定されていないが、実施例ではいったん第1の層
を形成後第2の層を蒸着により形成している。
改善、低抵抗化、接合強度の向上を目的として、p層の
表面上にNiなどからなる第1の層及びその上にAuな
どからなる第2の層を形成して、熱処理によって深さ方
向の元素の分布を反転させて、表面側からNi、Auの
順序に元素が存在するように構成させるという技術が公
開されている(特開平9−64337)。この特許公開
公報には、第1の層としてNi、Fe、Cu、Cr、T
a、V、Mn、Al、Agなどが使用でき、第2の層と
してPd、Au、Ir、Ptなどが使用できるとされて
いる。
から順にNi、Auを積層しておきこれを400℃以上
の温度で熱処理することで、Niが半導体/電極金属界
面の界面汚染層を破壊しより多くの電流を流すことが可
能になるため、ブレークダウン電圧が減少するとする文
献も発表されている(J.T.Trexler et al. MaterialsRe
search Society Symposium Proceedings 449(1997) 109
1-1096 )。この文献には、熱処理温度を600℃近く
まで上げるとAu層に対するNiの拡散が激しくなり、
NiがAu層を通り抜けて電極表面で酸化される事が記
述されている。
性を実現可能とするとともに金属酸化物層に保護膜とし
ての機能を持たせ、オーミック接触実現を目的とした熱
処理の際のボールアップをはじめとするプロセス中のダ
メージから透光性金属薄膜を保護する目的で、電極を半
導体に接するオーミック接触を実現する金属の層と、そ
の上の透光性の金属酸化物の層で構成するという技術を
開発した(特願平9−118315)。またこの発明の
中で、容易に透光性を実現する方法として、半導体基板
上に順に半導体と良好なオーミック接触を実現する金属
と熱処理により酸化して透明な金属酸化物となる金属を
積層し、酸素を含む雰囲気中で熱処理するという金属/
金属酸化物の積層構造の作製方法の技術を開発した。
GaN系化合物半導体を用いた発光素子の光取り出し面
に形成される電極には、発光素子からの光に対する透光
性と低抵抗なオーミック接触の実現が要求される。この
ような透光性で低抵抗なオーミック接触を実現する電極
のためには、我々が特願平9−118315で既に述べ
たように、電極を半導体に接するオーミック接触を実現
する金属の層とその上の透光性の金属酸化物の層で構成
することが望ましい。ここで本明細書では、半導体に接
してオーミック接触を形成する酸素と反応しにくい金属
を第1の金属、熱処理によって酸化され透光性の金属酸
化物となる金属を第2の金属と呼ぶこととする。
の層構造薄膜を形成する方法として、我々は、半導体側
から順に第1の金属、第2の金属を積層し、酸素を含む
雰囲気中で熱処理して透光性の電極とする方法(特願平
9−118315)を提案した。また、同様の構造の電
極を形成した例として、前記のJ.T.Trexler et al. Mat
erials Research Society Symposium Proceedings 449
(1997) 1091-1096 には、半導体表面に第2の金属の薄
膜と第1の金属の薄膜を順に形成して熱処理し、オーミ
ック性の良好な電気接触を実現する方法が記載されてい
る。
1の金属、第2の金属を積層した薄膜を熱処理して透明
な電極とした場合、電極と半導体との間のオーミック接
触が得られないなど、作製した電極と半導体間の電気特
性が安定しないことがしばしば見られた。また、オーミ
ック接触が得られた場合でも、接触抵抗の値が安定しな
い事がしばしば発生した。
酸化物の層にあると思われる。空気に曝された半導体表
面には、酸化物の層が形成される事が知られている。こ
の酸化膜は空気に曝されて数秒で形成されるため、化学
的な前処理によって取り除いてもすぐに再生される。酸
素との反応性が高い第2の金属を電極材料として用いる
場合、第2の金属の薄膜を半導体表面に形成して熱処理
を施せば、酸化物層が電極の金属材料との化学反応によ
って破壊され、金属と半導体が直接接触することにより
電気特性が向上する事が知られている。しかし、Auな
どに代表される酸素との反応性が低いイオン化エネルギ
ーの大きな第1の金属(貴金属)を電極として使用した
場合、この様な酸化物の層を破壊する効果は期待でき
ず、半導体と金属は酸化物の層を介して接触する。この
ことが、Auなどの第1の金属を半導体に接する電極と
して用いた場合の電極の接触特性の不安定さの原因と思
われる。
薄膜を半導体表面に接して形成し、その後第1の金属か
らなる薄膜を形成し、熱処理によって電極を形成した場
合には、上記の様な機構により反応性の高い第2の金属
が半導体表面の酸化物層を破壊し、オーミック性の良好
な接触が得られる。さらに前述のJ.T.Trexler らによる
公知例には、基板上にNi、Auの順で積層した電極を
熱処理した場合、良好な電気接触が得られると共にNi
はAu層を通り抜けて拡散し、電極表面で酸化される事
が記載されている。なお、本明細書の分類に従えば、N
iは第1の金属、Auは第2の金属に分類される。
基板上に第2の金属、第1の金属の順で薄膜を形成した
場合にも、熱処理後には半導体側から第1の金属、第2
の金属を含む金属酸化物という第1の金属、第2の金属
の順に積層して熱処理した場合と同じ層構造が形成され
ることが判った。この時、第2の金属層が金属酸化物層
となった事により電極薄膜は透光性を発現した。しかし
ながら、このような順の積層方法を用いた場合には、熱
処理の温度が低い場合には、充分な透光性が得られなか
った。特に500℃以下の温度では、充分な透光性を安
定して発現させることはできなかった。この原因は、半
導体側に積層した金属が電極層表面まで拡散するのに高
い熱処理温度を必要とするためと思われる。
用の透光性の電極において、基板側から第1の金属、第
2の金属の順で金属膜を形成して熱処理する方法よりも
電気特性を改善された、オーミック性でより小さな接触
抵抗の接触面を安定して実現する事ができ、かつ、基板
側から第2の金属、第1の金属の順で金属膜を形成して
熱処理する方法よりも広い範囲の熱処理温度で透光性の
電極を安定して簡便に作製することのできる透光性電極
の作製方法を提供する事にある。
に、Au、Pt、Pdのうちから選ばれた少なくとも1
種類の金属と、Ni、Ti、Sn、Cr、Co、Zn、
Cu、Mg、Inのうちから選ばれた少なくとも1種類
の金属とを含有する合金からなる金属薄膜層を形成する
第1の工程と、該金属薄膜層を酸素を含む雰囲気中で熱
処理する第2の工程とを含む発光半導体素子用透光性電
極の作製方法である。
金属薄膜層は1nm以上1000nm以下の膜厚となる
ように形成されることを特徴とする。また特に本発明
は、前記第2の工程を酸素を1ppm以上含む雰囲気内
で行うことを特徴とする。また特に本発明は、前記第2
の工程において、熱処理は300℃以上の温度で1分以
上行うことを特徴とする。また特に本発明は、半導体が
GaN系化合物半導体であることを特徴とする。
透光性電極の作製方法は、酸素との反応性の低い第1の
金属と、酸素と反応して透光性の金属酸化物を形成する
第2の金属との合金からなる薄膜を半導体表面上に形成
し、酸素を含む雰囲気中で熱処理することにより、第2
の金属の酸化を引き起こして薄膜表面に金属酸化膜を形
成させ、結果として半導体に接した第1の金属からなる
層と、その表面を覆う透光性の第2の金属の酸化物から
なる金属酸化膜に分離された電極構造を形成する点に特
徴がある。
成分として酸素との反応性の高い第2の金属を含んでい
るので、熱処理に際して半導体表面の酸化物層を破壊
し、第1の金属と半導体との接触の電気特性を良好にす
る。同時に、第2の金属は電極層表面に拡散して気相雰
囲気中の酸素と反応し、透光性の金属酸化物となって電
極層表面に固定される。
て透光性の酸化物とする透光性電極の作製方法におい
て、本発明に係わる合金からなる単層薄膜を形成して熱
処理により透光性とする方法は、基板側から、酸化して
透光性の酸化物となる第2の金属の層、半導体とのオー
ミック接触を形成するための第1の金属からなる層を順
に形成しておき、これを熱処理して第1の金属を半導体
表面にまで拡散させ、同時に第2の金属を酸化して透光
性を発現させる方法よりも、より広い範囲の熱処理温度
で安定して透光性とする事が可能である。
の金属としてNiを選択して行った我々の検討によれ
ば、熱処理温度を550℃とした場合には、基板側から
Ni、Auの積層順で形成した金属薄膜でも、本発明で
開示した技術に基づいてAuNi合金を形成した金属薄
膜でも、蒸着直後はともに10%であった透過率が熱処
理後は50%に上昇した。しかし、熱処理温度を450
℃とした場合には、Ni/Auの金属薄膜では熱処理後
も30%までしか上昇しなかったのに対し、AuNi合
金で形成した金属薄膜では熱処理後の透過率が50%ま
で上昇した。
ず、半導体に接触させる層を形成するための第1の金属
は、良好なオーミック接触を得ることができる金属であ
るAu、Pt、Pdから選ぶことができる。また、これ
らの金属の内の少なくとも2種類を組み合わせた合金を
用いてもよい。
酸化されて金属酸化物となった時に、比較的透光性に優
れる酸化物を形成するNi、Ti、Sn、Cr、Co、
Zn、Cu、Mg、Inよりなる群より選ばれた少なく
とも1種類の金属を用いることができる。特に、第2の
金属を含む酸化物の中でも透光性であることが広く知ら
れているのは、NiO、TiO2 、SnO、Cr2 O
3 、CoO、ZnO、Cu2 O、MgO、In2 O3 な
どであり、熱処理後にこれらの金属酸化物となるような
膜形成条件、熱処理条件を選ぶことが重要である。
て、AuとNiの合金よりなる金属薄膜を形成すること
が望ましい。なぜなら、Auは一般に薄膜とした場合に
透光性を示すことが知られており、貴金属であって酸素
との反応性も小さいため、第2の金属として好適であ
る。また、Niは半導体表面に形成して熱処理すると、
半導体表面の汚染層を破壊して接触特性を良好にする事
が知られている上に、酸化されて透光性の金属酸化物で
あるNiOとなるため、第1の金属として好適である。
更に、AuとNiは一般に規則合金として知られる合金
を形成するからである。
の作製方法において、特に、前記第1の金属と第2の金
属の合金からなる層を、膜厚が1nm以上1000nm
以下であるように形成することが好ましい。1000n
m以上の膜厚では、薄膜に含まれる第2の金属を均一に
酸化することが困難であり、熱処理によって透光性の発
現が不安定である。一方、1nm以下の膜厚では薄膜の
強度が弱く、ハンドリング時のダメージが多くなる。ま
た上記発光半導体素子用透光性電極の製造方法におい
て、特に、熱処理後の前記第1の金属よりなる層の膜厚
が1nm以上500nm以下となるようにすることが特
に好ましい。金属層の膜厚が1nm以下では、電極その
ものの抵抗が高く、また電極層の電流密度が高くなるた
め長時間の使用による損傷が激しく、実用には適さな
い。一方、金属層の膜厚が500nm以上になると、ほ
とんどの金属は透光性を持たない。また上記発光半導体
素子用透光性電極の製造方法において、熱処理後の前記
第2の金属の金属酸化物よりなる層の膜厚が1nm以上
1000nm以下となるようにすることが特に好まし
い。金属酸化物層の膜厚が1nm以下では、保護膜とし
て有効でない。一方、1000nm以上となると、湿式
エッチングなどによる加工が困難になる。
1nmから500nmの範囲の膜厚、その中でも金属に
固有の物性値である吸光係数から計算して光の透過率が
10%から90%を実現するような膜厚に制御して形成
されることが好ましく、また、第2の層の膜厚は透光性
を実現し、保護膜としての機能に優れ且つ透光性の良好
な1nmから1000nmの範囲になることが好まし
い。
属と前記第2の金属の合金からなる薄膜層を形成する第
1の工程の後に、酸素を含む雰囲気中で熱処理すること
により合金からなる薄膜層の中の第2の金属を酸化する
第2の工程を行うことによって作製することができる。
酸素を含む雰囲気とは、酸素ガス(O2 )や水蒸気(H
2 O)等を含む雰囲気である。特に、酸素を含む雰囲気
としては、酸素ガス(O2 )を含む雰囲気を用いること
が、雰囲気中の酸素濃度を所望の値に精度良く制御でき
るため好ましい。
酸化しようとする第2の金属の性質に応じて決定する必
要がある。しかしながら、熱処理の雰囲気中の酸素濃度
を変えて行った我々の検討によれば、酸素原子をどのよ
うな分子として導入しても、熱処理雰囲気中の酸素濃度
が1ppm以下の条件では、電極薄膜が安定して透光性
を発現することはなかった。よって、本発明において
は、上記発光半導体素子用透光性電極の作製方法におい
て、特に前記熱処理の工程において熱処理の雰囲気内に
酸素を1ppm以上含むことが望ましい。さらに好まし
くは、熱処理の雰囲気内の酸素は1〜25%とする。酸
素が1%以下であると第2の金属の酸化に長時間必要と
なる場合があり、一方酸素が25%以上であると熱処理
の過程でGaN系化合物半導体がダメージを受ける場合
がある。
体素子用透光性電極の作製方法において、特に前記第2
の工程において、熱処理は300℃以上の温度で1分以
上行うことを特徴とする。すなわち、上記の発光半導体
素子用電極の作製方法とは、第1の工程で作製した前記
第1の金属と前記第2の金属との合金の薄膜を、酸素を
含む雰囲気中で温度300℃以上で1分以上熱処理する
ことにより作製することを特徴としている。熱処理の温
度及び時間は、第2の金属に応じて選択する必要があ
る。我々の検討によれば、本発明において使用可能な第
2の金属では、300℃以下の温度ではいかに長時間の
処理を行ったとしても完全に均一に酸化することはでき
なかった。処理温度は高い方が安定して金属を酸化でき
るため、300℃以上のどのような温度を用いても良い
が、半導体が分解しないような温度とすることは当然で
ある。また熱処理温度を450℃以上とすると、第2の
金属を1時間以内の短時間で均一に酸化できるためさら
に好ましい。
間として1分以下では、上記の範囲で選択される如何な
る高温で処理したとしても完全に均一に酸化することは
できなかった。よって、熱処理は1分以上行うことが望
ましい。また、炉内の圧力は常圧であっても常圧よりも
低い圧力であっても構わないが、1Torr以上である
ことが望ましい。1Torr以下の圧力では、熱処理炉
内の酸素濃度を高く保つことが困難であり、透光性が安
定して発現されないからである。
る第2の金属を酸化させるための熱処理を、電極の接触
特性を良くするための熱処理と兼ねることができる。こ
れは、熱処理した際に合金層に含まれる第2の金属が半
導体表面に存在する酸化物層と反応し、これを破壊する
機能を持つからである。酸化物の層を破壊すると同時
に、第2の金属は熱処理雰囲気中の酸素と反応して金属
酸化物層として電極層表面に固定され、半導体と第1の
金属が直接に接触する金属層が半導体上に形成される。
体素子用透光性電極の作製方法において、特に半導体が
GaN系化合物半導体であることを特徴とする。すなわ
ち、本発明に係わる発光半導体素子用透光性電極の作製
方法は、発光半導体素子において電極から横方向への電
流拡散が小さい、GaN系化合物半導体の場合に特に有
効に用いることが出来る。GaN系化合物半導体は一般
にAlx Gay In1-x-y N(0≦x≦1、0≦y≦
1、0≦x+y≦1)で表すことが出来る。
合金として薄膜を形成できるように適切な組み合わせを
選択することが望ましい。ここで、本明細書でいう「合
金」とは、原子レベルで混ざり合った金属だけを意味す
るものではなく、微細な結晶粒の混合物をも指して用い
ることとする。例えば、共融して合金とならないような
金属同士でも、スパッタリングのターゲットとして2種
類の金属の混合物を用いれば、2種類の金属微結晶の混
合物として基板に付着させることが可能である。このよ
うな微結晶の混合物をも含めて、本明細書では「合金」
という言葉を用いている。また、第1の工程において形
成した合金薄膜における第1の金属と第2の金属の混合
の比率は、熱処理後に形成される層構造における各層の
膜厚の比率などから逆算して決定することが望ましい。
する方法としては、通常の抵抗加熱蒸着法の他、電子線
加熱蒸着法、スパッタリング法などを用いることができ
る。前記第1の金属と前記第2の金属とからなる合金の
層からなる電極は、例えば形成したままでは金属光沢を
呈する濃い色の膜であるが、熱処理による酸化により第
2の金属が酸化して透光性の金属酸化物となり、透光性
を示す。
方法は、半導体層にオーミック接触可能な第1の金属と
熱処理によって透光性を有する金属酸化物となる第2の
金属との合金薄膜を形成する第1の工程と、これを酸素
を含む雰囲気中で熱処理して、合金中の第2の金属を選
択的に酸化させて合金から分離し、透光性の酸化膜とす
る第2の工程とを含むことを特徴とする。熱処理する金
属薄膜を合金薄膜とすることにより、半導体表面上に第
2の金属、第1の金属の順で薄膜を形成した場合より
も、広い熱処理温度範囲で良好な透光性の電極を安定し
て簡単に得ることができる。また、金属薄膜を合金薄膜
とすることにより、半導体表面の汚染層を破壊する第2
の金属が半導体表面に存在し、熱処理の際の化学反応に
よって半導体表面に形成された酸化物の層を破壊して、
電気的な接触特性の良好な電極を安定して製造すること
ができる。
極の作製方法の一例は、図3の断面図で示すような、サ
ファイア基板上にAlNをバッファ層としてn型GaN
層、InGaN層、p型AlGaN層、p型GaN層を
順に積層した半導体基板9のp型GaN層上に、Auか
らなる第1の層10、Niの酸化物からなる第2の層1
1が形成された電極を形成する作製方法である。なお図
3で7はp側電極ボンディング用パッド、8はn側電極
である。また図2は、図3で示した発光半導体素子用電
極の平面図であり、6で示した部分が本発明に係わる作
製方法で形成された透光性電極である。
性電極は、次の手順で作製した。初めに、公知のフォト
リソグラフィー技術を用い、p型GaN層上にAuBe
/Au層構造よりなるp側電極ボンディング用パッド7
を形成した。続いて、公知のフォトリソグラフィー技術
及びリフトオフ技術を用いて、p型GaN層上の透光性
電極を形成する領域6にのみ、AuおよびNiの合金か
らなる合金薄膜層を形成した。合金薄膜層の形成では、
まず半導体基板9を真空蒸着機に入れ、p型GaN層上
に圧力3×10-6TorrにおいてAuとNiの合金を
蒸着した。蒸着の際には、抵抗加熱用のタングステン製
のボートにAuとNiの金属片を体積比率でAu:Ni
=2:1となるようにのせた。また、ボートに電流を通
じて加熱後金属が溶融した事を確認し、充分混ぜ合う様
に時間をおいてから基板とボートの間を遮っていたシャ
ッターを開放して蒸着を開始し、膜厚30nmのAuN
i合金電極薄膜を形成した。AuNi合金を蒸着した基
板は、真空室から取り出した後通常リフトオフと呼ばれ
る手順に則って処理し、図2の6で示す形状の薄膜を形
成した。このようにしてp型GaN層上には単層の電極
薄膜が形成された。この単層の電極薄膜がAuNi合金
から成る事は、一般的な薄膜X線回折法を用いて確認し
た。この薄膜は金属光沢を呈する暗灰色であり、透光性
はほとんど見られなかった。
た。熱処理は温度を500℃とし、雰囲気ガスとして2
0%の酸素ガスを含むアルゴンを流通して、10分間処
理した。取り出した基板の透光性電極6は、青味をおび
た暗灰色で透光性を示していた。
長450nmの光における透過率は45%であった。な
お、透過率および以下に示す薄膜X線回折法測定は、上
記と同じ透光性電極を測定用の大きさに形成したもので
測定した。熱処理後の透光性電極について、オージェ電
子分光法により深さ方向の成分分析を行った。熱処理に
よって、半導体と接触するほぼ純粋なAuからなる金属
の層と表面のNiの酸化物からなる層に分離されている
ことが判った。オージェ電子分光法により測定し、熱処
理後における電極薄膜の各元素の深さ方向プロファイル
を図1に示す。図1に示した上記の電極の組成の深さ方
向プロファイルより、半導体に接するAuの層にはNi
は殆ど含まれていないことが判った。また、Au層中に
微量のGaが検出されており、熱処理の初期においてN
iによるGa酸化物層の破壊が起きたことを示唆してい
る。また、熱処理前と同様の薄膜X線回折法によって、
熱処理後のNiの酸化物からなる第2の層11を評価し
たところ、第2の層11はNiOと少量のNiよりなる
ことが判った。熱処理後の電極薄膜は、図3に示すよう
なp型GaN層上の透光性電極を形成する領域にのみ、
Auからなる第1の層10およびNiの酸化物からなる
第2の層11を有する積層構造を持つ薄膜となった。
らトンネル電子顕微鏡によって観察したところ、像観察
および電子線エネルギー分散分光法による分析から、薄
膜電極層は、GaN層との界面より20nmまでのAu
からなる層と、そこから表面までのNiOからなる層の
2層に分離していることが判った。また、GaN層とA
u層との界面にはGa酸化物と思われる層は見られなか
った。
を形成する部分のn層を露出させ、露出した部分にAl
よりなるn側電極8を形成し、n側電極8のオーミック
接触を形成するための熱処理を行った。このようにして
電極を形成したウエハを400μm角のチップに切断
し、リードフレーム上に載置し結線して発光ダイオード
としたところ、電流20mAにおける発光出力が平均8
0μW、順方向電圧は2.9Vを示した。また、2イン
チφの基板から16000個のチップが得られ、発光強
度が78μWに満たないチップを取り除いたところ、収
率は98%であった。
子用透光性電極の作製方法の別の一例は、図5の断面図
で示すような、サファイア基板上にAlNをバッファ層
としてp型GaN層、p型AlGaN層、InGaN
層、n型GaN層を順に積層した半導体基板9のn型G
aN層上に、Ptからなる第1の層10、TiO2 から
なる第2の層11を形成して作製した電極の作製方法で
ある。なお図5で7’はp側電極、8’はp側電極用ボ
ンディングパッドである。また図4は、図5で示した発
光半導体素子用電極部の平面図であり、6で示した部分
が本発明に係わる透光性電極である。
性電極は、実施例1と同様に次の手順で作製した。初め
に、公知のフォトリソグラフィー技術を用い、n型Ga
N層上にAlよりなるn側電極用ボンディングパッド
8’を形成した。続いて、公知のフォトリソグラフィー
技術及びリフトオフ技術を用いて、n型GaN層上の透
光性電極を形成する領域6にのみPtおよびTiの合金
からなる合金薄膜層を形成した。合金薄膜層の形成で
は、まず、半導体基板9を真空スパッタ装置に入れ、圧
力3×10-6TorrにおいてPtとTiを体積比にし
て同量含むPtTi合金をターゲットとして用いて膜厚
20nmの電極薄膜を形成した。PtTi合金の薄膜を
形成した基板は真空室から取り出した後、通常リフトオ
フと呼ばれる手順に則って処理し、図4の6で示す形状
の薄膜を形成した。このようにして、n型GaN層上に
はPtTi合金からなる金属薄膜が形成された。この薄
膜は金属光沢を呈する銀色であり、透光性はほとんど見
られなかった。次にこの基板を、アニール炉において雰
囲気ガスを酸素ガスを10%含む窒素雰囲気として45
0℃の温度で1時間熱処理した。熱処理後の薄膜電極部
分を光学顕微鏡で観察すると、金属光沢を失っており黄
色みを帯びた透光性を示した。熱処理後の電極薄膜の断
面は図5に示すようになった。
熱処理の前後で膜厚の変化はなく、薄膜電極部分の波長
450nmの光の透過率は30%であった。AESおよ
び薄膜XRDの測定結果より、PtTi合金中のTiは
酸化されてTiO2 となり分離されて薄膜表面に存在し
ていた。すなわち、熱処理後の電極薄膜は、図5に示す
ようなn型GaN層上の透光性電極を形成する領域にの
みPtからなる第1の層10およびTiの酸化物からな
る第2の層11を有する積層構造を持つ薄膜となった。
更に、実施例1に記述したのと同様の方法で、ドライエ
ッチングにより露出したp型層上にAuBe、Auより
なるp側電極7’を形成した。この基板を切断、マウン
ト、結線して発光素子とした。作製された発光ダイオー
ドは、電流20mAにおける発光出力が80μW、順方
向電圧は平均で2.9Vを示した。また、2インチφの
基板から16000個のチップが得られ、発光強度が7
6μWに満たないチップを取り除いたところ収率は96
%であった。
つ半導体基板に、実施例1と同様のパターンの電極を形
成した。初めに単層のAu25nmからなる層10のみ
を蒸着装置を用いて作製した。この基板を500℃の温
度で20%の酸素ガスを含むアルゴン雰囲気内で10分
間熱処理した後、スパッタ法によってNiO10nmか
らなる層11を形成した。形成した透光性電極面は青味
を帯びた透光性を示した。波長450mの光の透光率は
50%であった。この試料のGaNとAu界面近くを断
面TEMによって観察したところ、GaN層とAu層の
界面に5〜6原子層からなるGa酸化物と思われる層が
見られた。このような手順で形成された薄膜電極を持つ
発光ダイオードを、実施例1と同様にして作製した。作
製された発光ダイオードの20mAにおける順方法電圧
は平均で4.0Vと実施例1よりも大きかった。同じく
20mAにおける発光強度は80μWと実施例1と同等
であった。
つ半導体基板に、実施例1と同様のパターンの電極を形
成した。半導体側から順にAu25nm、Ni10nm
を蒸着装置を用いて形成し、これを酸素20%含むアル
ゴンガス雰囲気中で500℃にて10分間熱処理した。
電極は透光性を示し透過率は45%であった。このよう
な手順で形成された薄膜電極を持つ発光ダイオードを、
実施例1と同様にして作製した。作製された発光ダイオ
ードの20mAにおける順方向電圧は平均で3.8Vで
あり実施例1よりも大きく、順方向電圧が4.0Vを超
えるものが全数の45%存在した。発光強度は20μW
であり実施例1と同等であった。得られた素子のうち、
特に高い順方向電圧を示す素子のGaNとAu界面近く
を断面TEMによって観察したところ、GaN層とAu
層の界面の所々に5〜6原子層からなるGa酸化物と思
われる層が見られた。
つ半導体基板に、実施例1と同じパターンの電極を形成
した。半導体側から順にNi10nm、Au25nmを
蒸着装置を用いて形成した。形成した電極面はやや金色
を帯びた金属光沢を呈した。これをアニール炉を用い
て、500℃で酸素を20%含むアルゴン中で10分間
熱処理した。熱処理後、全数の約60%の電極は透光性
が向上していたが、残りの約40%の電極は金属光沢を
保ったままであった。このような手順で形成された薄膜
電極を持つ発光ダイオードを、実施例1と同様にして作
製した。素子は全部で16000個作成することができ
たが、20mAにおける発光強度が76μWに満たない
ものを取り除くと収率は50%であった。
電気接触を示す発光半導体素子用透光性電極を、広い熱
処理温度範囲で安定して作製することができる作製方法
を提供することができる。その結果、発光強度が高く、
順方向電圧の低い発光半導体素子を収率よく製造するこ
とができる。
に限られるものではなく、例えば、第1の金属としては
Pd、Ptなどを用いることもできる。また、第2の金
属としては、Co、Sn、Cr、Zn、Cu、Mg、I
nなどの金属を用いることができる。また、雰囲気ガス
としても、実施例に示した酸素ガスの他に、水(H2
O)、オゾン(O3 )などの気体を混合して用いること
ができる。また、発光素子となる半導体材料としても本
実施例に記述したGaNの他にGaAs、GaP、In
GaAs、AlInGaPなどを用いることもできる。
よる各元素の深さ方向プロファイルを示した図。
Claims (5)
- 【請求項1】 半導体表面上に、Au、Pt、Pdのう
ちから選ばれた少なくとも1種類の金属と、Ni、T
i、Sn、Cr、Co、Zn、Cu、Mg、Inのうち
から選ばれた少なくとも1種類の金属とを含有する合金
からなる金属薄膜層を形成する第1の工程と、 該金属薄膜層を酸素を含む雰囲気中で熱処理する第2の
工程とを含む発光半導体素子用透光性電極の作製方法。 - 【請求項2】 前記第1の工程において、金属薄膜層は
1nm以上1000nm以下の膜厚となるように形成さ
れることを特徴とする請求項1記載の発光半導体素子用
透光性電極の作製方法。 - 【請求項3】 前記第2の工程を酸素を1ppm以上含
む雰囲気内で行うことを特徴とする請求項1乃至2記載
の発光半導体素子用透光性電極の作製方法。 - 【請求項4】 前記第2の工程において、熱処理は30
0℃以上の温度で1分以上行うことを特徴とする請求項
1乃至3記載の発光半導体素子用透光性電極の作製方
法。 - 【請求項5】 半導体がGaN系化合物半導体であるこ
とを特徴とする請求項1乃至4記載の発光半導体素子用
透光性電極の作製方法。
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